Leistungsfähige Stahlfasern erschließen neue Möglichkeiten für permanente Spritzbetonauskleidungen

Durch moderne Spritzbetontechnologie und den Einsatz von Stahlfasern ist eine permanente, einschalige Auskleidung im Tunnelbau möglich. Bisher wurden Spritzbetonschichten hauptsächlich für die temporäre Hohlraumsabilisierung genutzt, gefolgt von einer dauerhaften Betonauskleidung. Doch mittlerweile lässt sich eine solche Innenschale auch mit hochwertigem, stahlfaserverstärktem Spritzbeton herstellen. Das spart Kosten und verkürzt die Bauzeit, besonders bei komplexen Oberflächengeometrien. Dieses wirtschaftliche System bietet langlebige, wasserdichte und strukturell solide Auskleidungen, vergleichbar mit gegossenem Ortbeton.

Die Spritzbetontechnologie hat sich durch den Einsatz moderner Zusatzmittel, robotergestützter Spritzgeräte und Applikationsmethoden enorm verbessert, so dass ein haltbarer und hochleistungsfähiger Beton hergestellt werden kann
Credit/Quelle: Bekaert

Die Spritzbetontechnologie hat sich durch den Einsatz moderner Zusatzmittel, robotergestützter Spritzgeräte und Applikationsmethoden enorm verbessert, so dass ein haltbarer und hochleistungsfähiger Beton hergestellt werden kann
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Bei Tunneln, die mit Spritzbeton gebaut werden, wird üblicherweise eine temporäre Spritzbetonauskleidung verwendet, um die Tunnelröhre nach dem Ausbruch zu stabilisieren und kurz- bis mittelfristige Lasten aufzunehmen. Wenn sich diese Auskleidung vollständig stabilisiert hat, wird eine permanente Ortbetonauskleidung eingebaut, die die langfristigen Belastungen aufnimmt und Dauerhaftigkeit gewährleistet. Eine wasserdichte Membran zwischen der temporären und der permanenten Auskleidung stellt die Wasserdichtigkeit her. Dieses Verfahren wird als zweischaliger Ausbau bezeichnet.

Die Spritzbetontechnologie hat sich durch den Einsatz moderner Zusatzmittel, robotergestützter Spritzgeräte und Applikationsmethoden enorm verbessert, so dass ein haltbarer und hochleistungsfähiger Beton hergestellt werden kann. Diese Verbesserungen der Spritzbetonqualität ermöglichten die Verwendung von dauerhaftem stahlfaserverstärktem Spritzbeton anstelle von herkömmlichem Ortbeton innerhalb der temporären Spritzbetonauskleidungen, wodurch die Kosten gesenkt und die Bauzeit erheblich verkürzt werden konnten, insbesondere bei Abschnitten mit komplexer Geometrie, wie Kreuzungsbauwerken.

Mit der modernen Spritzbetontechnologie steht der Tunnelbauindustrie heute ein wirtschaftlicheres einschaliges Auskleidungssystem aus dauerhaftem stahlfaserbewehrtem Spritzbeton zur Verfügung. Diese Technologie bietet eine strukturelle Auskleidung, die dauerhaft und wasserdicht ist und deren Oberflächenqualität mit der von gegossenem Beton vergleichbar ist. Mit der modernen Spritzbetontechnologie steht der Tunnelbauindustrie heute ein wirtschaftlicheres einschaliges Auskleidungssystem aus dauerhaftem stahlfaserbewehrtem Spritzbeton zur Verfügung
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Mit der modernen Spritzbetontechnologie steht der Tunnelbauindustrie heute ein wirtschaftlicheres einschaliges Auskleidungssystem aus dauerhaftem stahlfaserbewehrtem Spritzbeton zur Verfügung
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Vorteile von faserverstärktem Spritzbeton

Die Ausbildung einer dauerhaften Spritzbetonauskleidung ist eine bewährte Technologie, die weltweit in zahlreichen Untertagebauwerken zum Einsatz kommt. Der Bericht der ITA WG12 aus dem Jahr 2001 listet mehr als 150 Projekte für permanente Spritzbetonauskleidungen in 11 Ländern auf. Die Verwendung von stahlfaserverstärktem Spritzbeton ermöglicht es, die herkömmliche Bewehrung in der permanenten Auskleidung zu reduzieren oder zu eliminieren. In den letzten Jahren hat der Einsatz dieser Technologie an Bedeutung gewonnen. Einer der Faktoren, der die Verwendung von Faserbeton als permanente Auskleidung vorantreibt, ist die Einführung von Richtlinien für die Bemessung von Faserbeton. Im Jahr 2013 legte die fib – Fédération internationale du béton – den Model Code 2010 vor, in dem ein spezieller Abschnitt zum Thema faserverstärkter Beton enthalten ist. Diese Veröffentlichung hat in der Tunnelbaugemeinschaft großes Interesse geweckt, und in mehreren Dokumenten wird der Model Code 2010 als Referenz herangezogen.

Ferner sind die Emissionen während des Baus mit konventionellen Methoden höher als die Emissionen des TBM-Tunnelbaus. Die Ergebnisse zeigen, dass im Falle des konventionellen Tunnelbaus (Sprengvortrieb) die Materialien je nach Wirkungsindikator für etwa 60 bis 80 % der Gesamtauswirkungen verantwortlich sind [4]. Die Umstellung von temporären Spritzbetonauskleidungen und permanenten Ortbetonauskleidungen auf permanente Spritzbetoninnenschalen und die Verbesserung des Rezepturdesigns könnten eine enorme CO2-Einsparung von bis zu 75 % erbringen.

Die Umstellung von temporären Spritzbetonauskleidungen und permanenten Ortbetonauskleidungen auf permanente Spritzbetoninnenschalen und die Verbesserung des Rezepturdesigns könnten eine enorme CO2-Einsparung von bis zu 75 % erbringen
Credit/Quelle: Bekaert

Die Umstellung von temporären Spritzbetonauskleidungen und permanenten Ortbetonauskleidungen auf permanente Spritzbetoninnenschalen und die Verbesserung des Rezepturdesigns könnten eine enorme CO2-Einsparung von bis zu 75 % erbringen
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Die gegenwärtig praktizierte überdimensionierte Bemessung für Ortbeton und sonstige Ausbausysteme, haben erhebliche Auswirkungen auf Kosten, Ausbruchvolumen, Bauzeit und CO2-Emissionen. Stahlfaserverstärktem Beton bietet im Vergleich zur herkömmlichen Stahlmatten- oder Stahlstabbewehrung mehrere Vorteile:

Er kann das Arbeiten von der Ortsbrust aus erleichtern und die traditionelle Bewehrung entbehrlich machen, wodurch die Arbeitssicherheit erhöht wird.

Die Rissbildung wird eingedämmt und die Festigkeits­eigenschaften des Betons werden leicht verbessert.

Er ist weniger anfällig für Karbonatisierung und Chlorideinwirkung

Verringerung der Kosten

Geringerer Materialverbrauch (durch Minimierung der erforderlichen Menge an Stahl und Betondeckung)

Für den Bau eines einschaligen Tunnels kommen generell zwei Systeme in Frage. Das erste System ist ein einstufiges Verfahren für Tunnel mit kleinem Durchmesser oder für Tunnel, die in stabilem, trockenem Baugrund liegen.

Die zweite Methode ist ein zweischichtiges Verfahren, bei dem die erste Schicht die Stabilität des Tunnels gewährleistet und die zweite Schicht (die monolithisch mit der ersten zusammenwirkt) durch Sprühen aufgebracht wird und die Haltbarkeit und Wasserdichtigkeit erhöht.

In jedem Fall sollte der Schwerpunkt auf der Ausführbarkeit liegen, wobei Einfachheit der Schlüssel zum Erfolg ist, insbesondere bei einer Methode, die von der Teamleistung der Bauarbeiter abhängt. Bei der Bewertung der Vorteile, die mit der Verwendung von Stahlfaserbeton verbunden sind, sollten die jeweiligen Projektgegebenheiten berücksichtigt werden. Für eine nachhaltige Verwendung von Konstruktionsbeton müssen die ökologischen und bautechnischen Eigenschaften von Betonkonstruktionen den gleichen Stellenwert haben. Aus diesem Grund gibt es eine auch Reihe von Publikationen und Forschungsprojekten, die sich mit der Optimierung der permanenten Spritzbetonschale beschäftigen.

Aktuelle Veröffentlichungen zu permanenten Spritzbetonauskleidungen

Im Jahr 2020 wurde der ITA-Report 24 „Permanente Spritzbetonauskleidungen“ veröffentlicht [2]. Das Hauptziel dieses Leitfadens ist es, den Infrastruktureigentümern und ihren Beratern die Sicherheit zu geben, permanente Spritzbetonauskleidungen in ihre unterirdische Raumplanung einzubeziehen.

Eine gemeinsame Arbeitsgruppe von AFTES und ASQUAPRO hat Empfehlungen für die dauerhafte Anwendung von Nassspritzbeton in unterirdischen Bauwerken erarbeitet. Das etwa einhundert Seiten umfassende Dokument enthält allgemeine Informationen und beschreibt die Grundsätze, auf denen es beruht. Hauptziel der Empfehlungen ist es, eine Hilfestellung für die Abfassung von technischen Spezifikationen in Beschaffungsverträgen zu geben. Die vorgeschlagenen Klauseln sind für die Verwendung in den vom Projektleiter erstellten Ausschreibungsunterlagen bestimmt. Einige von ihnen können identisch übernommen werden.

Dieses Dokument ist ein Hilfsmittel für den Entwurf, die Auftragsvergabe und den Bau von Tunneln, die mit faserverstärktem Spritzbeton in Kombination mit zusätzlicher Metallbewehrung (Bolzen, Stahlbögen, Gitter...), Entwässerung und einem Abdichtungssystem gestützt und ausgekleidet werden. Die verschiedenen Fasertypen werden erörtert und ihr Anwendungsbereich wird spezifiziert. Die Methode zur Bemessung der Struktur nach dem Model Code 2010 wird erläutert.

Diese Methode wurde bei einem aktuellen Bauprojekt angewandt: Es handelt sich um den Cliets-Tunnel, der im Juni 2021 für den Verkehr freigegeben wurde und dessen Hauptmerkmale vorgestellt werden. In den technischen Spezifikationen wird unterschieden zwischen den Anforderungen an den Beton vor dem Spritzen und den Anforderungen an den Beton an Ort und Stelle. Sie beziehen sich sowohl auf den Spritzbeton für die vorläufige Sicherung als auch auf den tragenden Spritzbeton, wobei letzterer für die Aufnahme der langfristigen Lasten berechnet wird. Die Methoden für Zugbiegeversuche an gekerbten Balken und Dreipunktbiegeversuche an einer Spritzbetonplatte mit Kerbe werden spezifiziert, ebenso wie die Grundsätze für ihre Anwendung, die für tragenden Beton wesentlich ist. Zusätzlich zu den Anforderungen am 28. Tag werden technische Anforderungen am 7. Tag eingeführt, um die Erkennung und Behandlung von Abweichungen zu verbessern, die Reaktionsfähigkeit aller Beteiligten zu erhöhen und die Einhaltung des Zeitplans zu erleichtern.

Derzeit werden viele Forschungsprojekte durchgeführt, die bereits positive Ergebnisse zeigen, wie das SUPERCON-Projekt („Sprayed Sustainable Permanent Robotized Concrete Tunnel Lining“) in Norwegen. Die endgültigen Ergebnisse dieses Projekts stehen noch aus und können hoffentlich zu einem verbesserten Tunnelbau mit weniger CO2-Emissionen beitragen.

Derzeit werden viele Forschungsprojekte durchgeführt, die bereits positive Ergebnisse zeigen, wie das SUPERCON-Projekt in Norwegen
Credit/Quelle: Bekaert

Derzeit werden viele Forschungsprojekte durchgeführt, die bereits positive Ergebnisse zeigen, wie das SUPERCON-Projekt in Norwegen
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Permanente Spritzbetonauskleidung für die Metro Mumbai

Die Sahar Road Kreuzungskaverne (Mumbai Metro, Linie 3) wurde erfolgreich mit einer faserverstärkten, permanenten Sekundärauskleidung aus Spritzbeton gebaut
Credit/Quelle: Bekaert

Die Sahar Road Kreuzungskaverne (Mumbai Metro, Linie 3) wurde erfolgreich mit einer faserverstärkten, permanenten Sekundärauskleidung aus Spritzbeton gebaut
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Die Sahar Road Crossover Cavern (SRCC) ist eine Kaverne mit abgestuftem Profil im Rahmen des Mumbai Metro Line 3 Projekts, das von Bedi Consult geplant und gebaut wurde [5].. Der ursprüngliche Entwurf sah eine konventionell bewehrte, in-situ gegossene Innenschale vor. Angesichts der Anzahl der geometrischen Abschnitte und der Komplexität der Bauarbeiten entschied sich die Mumbai Metro Rail Corporation für stahlfaserbewehrten Spritzbeton.

Die faserverstärkte Spritzbeton-Sekundärauskleidung wurde für alle möglichen Kombinationen angewandter Lasten und Kräfte gemäß dem Ordinary Design Standard (ODS) der Mumbai Metro Rail Corporation ausgelegt und geprüft. Darin sind die Leistungskriterien für alle Tiefbaukonstruktionen des Projekts für die folgenden Phasen festgelegt:

Kurzfristig (während des Baus)

Zwischenzeitlich (unmittelbar nach dem Bau)

Langfristige (volle Lebensdauer) Belastungsbedingungen

Unvorhergesehen: Dazu gehören außerordentliche Vorfälle, die die Belastungsbedingungen verändern können. Für die SRCC zählen dazu Belastungen, die durch Zugentgleisungen und Brände entstehen.

Extrem: Ereignisse, die im Betrieb auftreten, wenn das Grundwasser auf ein ungewöhnlich hohes Niveau ansteigen kann

Der faserverstärkte Spritzbeton wurde so spezifiziert, dass er eine Nachrissbiegefestigkeitsklasse von D3 S2.5 gemäß BS EN 14487-1 erreicht. Er wurde mit dem Vier-Punkt-Biegeversuch unter Verwendung von Balken, die aus gespritzten Platten geschnitten wurden, gemäß BS EN 14488-3 geprüft. Die Mischung wurde mit 38 kg/m3 Dramix 4D-Fasern dosiert,

Die Kreuzungskaverne wurde erfolgreich mit einer permanenten Sekundärauskleidung aus faserverstärktem Spritzbeton gebaut. Da es sich dabei um ein Novum bei indischen U-Bahn-Projekten handelte, bestand eine der größten Herausforderungen darin, eine qualitativ hochwertige Betonmischung zu entwickeln, die alle Anforderungen an die Festigkeit und die 120-jährige Haltbarkeit der Kundenspezifikation erfüllt.

Angesichts der Tatsache, dass es sich um eine Premiere für Indien handelte, gab es einige Bedenken, ob die Stahlfaser langfristig funktionieren würde. Bekaert stellte zahlreiche Testdaten zur Verfügung, die dem Bahnunternehmen und seinen Ingenieuren die Gewissheit gaben, dass es sich um ein bewährtes Produkt handelte. Eine strenge Kampagne von Tests vor dem Bau und während der Produktion wurde durchgeführt, um sicherzustellen, dass die permanente Spritzbetonauskleidung während der gesamten Bauzeit den Spezifikationen entsprach.

Bei weiteren Projekten wird die neue Dreipunkt-Biegeprüfmethode an quadratischen Platten mit Kerbe (EN 14 888-3 Methode B) noch mehr Sicherheit in Bezug auf die für den Entwurf verwendeten Materialeigenschaften bringen. Es wurde festgestellt, dass die Prüfung an gekerbten Platten mehrere Vorteile hat, u. a. die Verwendung eines Probekörpers, der das Material in der realen Struktur besser repräsentiert und Abweichungen verringert.

WestConnex-Projekt, Sydney

Die M4-M5 Link Tunnel in Sydney, Australien, sind etwa 7,5 km lang und bieten Raum für bis zu vier Fahrspuren in jeder Richtung. Die Spannweiten betragen bis zu 23 m in den Hauptstrecken und 34 m in den Übergangskavernen. Sie verbinden die neuen M4-Tunnel mit den M8-Tunneln und bilden so die 33 km lange, größtenteils unterirdische WestConnex Schnellstraße. Wie viele Straßentunnel in Sydney, sind auch diese Tunnel als dränierte Bauwerke konzipiert und erhalten eine permanente Spritzbetonauskleidung für eine planmäßige Nutzungsdauer von 100 Jahren.

Tunnelbauprojekt M4-M5 Link in Sydney, Australia
Credit/Quelle: Bekaert

Tunnelbauprojekt M4-M5 Link in Sydney, Australia
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In den wasserführenden Abschnitten des Tunnels wurde eine spritzbare Abdichtungsmembran aufgebracht, wobei die primäre Auskleidung so ausgelegt ist, dass sie langfristig allen Bodenbelastungen und dem anfallenden Wasserdruck standhält. Die Sekundärauskleidung ist so konzipiert, dass sie nicht auf die langfristige Scherkraftübertragung durch die Membran angewiesen ist, um den Betriebslasten und, als Redundanz, auch den verbleibenden Grundwasserlasten zu widerstehen.

Spritzbetonfestigkeit: Primär- und Sekundärauskleidung 40 MPa, Biegezugfestigkeit fR1k= 3,5 MPa und fR4k = 3,0 MPa

Dicke der Auskleidung: Primäre Auskleidung 110 mm mit 35 kg/m3 Stahlfasern, sekundäre Auskleidung 125 mm mit 35 kg/m³ Stahlfasern und 1 kg/m³ Polypropylenfasern für die Feuerbeständigkeit

Die Verwendung von Hochleistungs-Stahlfasern mit Endhaken Dramix 4D 65/35BG war wirksam, um die gewünschte hohe Tragfähigkeit zu erreichen (fR4 = 3,0 MPa).

Die Tests in der Produktion bestätigten die Leistung mit nur geringen Abweichungen, die jedoch erwartungsgemäß auftraten. Die Hochleistungsfaser in Verbindung mit der Berücksichtigung der Druckmembranwirkung (CMA) ermöglichte den Entwurf einer sehr dünnen faserverstärkten permanenten Spritzbetonauskleidung (t = 90 mm) mit einem angenommenen unverbundenen Zustand mit hoher Kapazität, die sowohl durch numerische Modellierung als auch durch großmaßstäbliche Feldversuche nachgewiesen wurde. Die Berücksichtigung von CMA-Effekten wurde durch Tragfähigkeiten bestätigt, die etwa 3–6-mal höher waren als die mit herkömmlichen Bemessungsmethoden auf der Grundlage der reinen Biegefestigkeit geschätzten Werte. Die Ergebnisse waren sehr positiv:

Verringerung der für das Projekt verwendeten Spritzbetonmenge um 27 000 m3 (15 % der Dicke) und der Stahlfasern um 830 t (10 %).

Verringerung von mehr als 33 000 t verkörpertem Kohlenstoff (CO2e) aus Spritzbeton.

Wegfall von 9000 Schwerlasttransporten auf Sydneys örtlichen Straßen und Hauptverkehrsachsen.

Kosteneinsparungen für das Projekt durch Minimierung des Materialverbrauchs

Prüfung und Leistungskriterien – wichtige Schritte bei der Rezeptur

In der europäischen Norm EN 14487-1 werden die verschiedenen Möglichkeiten zur Angabe der Duktilität von faserverstärktem Spritzbeton in Bezug auf die Restfestigkeit und das Energieaufnahmevermögen aufgeführt. Es wird auch erwähnt, dass beide Möglichkeiten nicht direkt vergleichbar sind.

Der an einer Platte gemessene Energieabsorptionswert kann bestimmt werden, wenn – beispielsweise bei Felsverankerungen – der Schwerpunkt auf der Energie liegt, die während der Verformung des Felsens absorbiert werden muss. Dies ist insbesondere bei primären Spritzbetonauskleidungen sinnvoll (EN 14488-5: Prüfung von Spritzbeton, Teil 5: Bestimmung der Energieabsorption bei faserbewehrten Plattenprobekörpern). Die Restfestigkeit kann vorgegeben werden, wenn die Betoneigenschaften in einem Bemessungsmodell verwendet werden.

Für primäre Spritzbetonauskleidungen wird die Restfestigkeit die wichtigste zu bestimmende Materialeigenschaft sein. Für die Charakterisierung eines Spritzbetons wurde von EFNARC ein Verfahren gemäß prEN 14487-3, Methode B, vorgeschlagen. Das Verfahren sieht einen Biegeversuch an einer quadratischen Platte von 600 x 600 mm und einer Dicke von 100 mm vor. Diese Geometrie ist von den quadratischen Platten abgeleitet, die typischerweise für temporären Spritzbeton in konventionell ausgebrochenen Tunneln verwendet werden, wie in EN 14488-5 vorgeschlagen.

Der Biegeversuch wird mit einer Spannweite von 500 mm (wie in EN 14651) und einer 10 mm tiefen Kerbe durchgeführt, die in der Mitte der Spannweite gesägt wird. Die Geometrie und die Abmessungen der Probekörper sowie das angewandte Spritzverfahren gewährleisten eine Verteilung der Fasern in der Matrix, die derjenigen in der realen Bauwerksstruktur so nahe wie möglich kommt. Die Abmessungen des Probekörpers sind für die Handhabung in einem Labor akzeptabel, da er nicht zu schwer ist und keine Überformat aufweist.

Die Prüfung kann, soweit es die experimentellen Mittel erlauben, in einem normal ausgestatteten Labor durchgeführt werden, da keine besonders anspruchsvolle Ausrüstung erforderlich ist. Die Geometrie ist die gleiche wie beim Plattenversuch zur Energieaufnahme (EN 14488-5). Die Platte kann auf der Baustelle besprüht werden, und es ist nicht erforderlich, ein Prisma aus einer Platte zu sägen, das das Ergebnis beeinflussen könnte.

Die Streuung wird geringer sein als bei der derzeitigen genormten Balkenprüfung. Die Kerbe sorgt für einen langsameren Rissbildungsprozess, wodurch das Risiko eines plötzlichen Versagens verringert wird.

Wie bei EN 14651 wird bei dieser Prüfung die Restbiegefestigkeit (fR1, fR2, fR3, fR4) gemäß der aktualisierten internationalen Norm fib Model Code 2010 bestimmt. Die erhaltene mechanische Eigenschaft dient als Input für die Bemessungsmethode.

Durch die Anwendung des Prüfverfahrens prEN 14487-3 Methode B für die Nachbrucheigenschaften von faserverstärktem Spritzbeton ist es auch möglich, die Parameter fct,L,
fR1, fR3 abzuleiten, die für die Bemessung gemäß Model Code 2010 erforderlich sind, und einige Mindestanforderungen wie fR1k und fR3k zu formulieren.

ASQUAPRO (Association for the Quality of Shotcrete) arbeitet derzeit an einem Prüfprogramm zur Validierung einer Betonrezeptur für permanenten Spritzbeton unter Berücksichtigung einer Leistungsklasse des Typs C35/45 3c unter Verwendung von 40 kg Dramix 4D.

Dank Verbesserungen bei der Ausrüstung, wie z. B. Spritzrobotern, und bei der Qualität der Kontroll- und Entwicklungsmethoden sowie bei den Berechnungsstandards ist es heute mehr denn je möglich, Spritzbeton als dauerhafte Innenschale zu etablieren
Credit/Quelle: Bekaert

Dank Verbesserungen bei der Ausrüstung, wie z. B. Spritzrobotern, und bei der Qualität der Kontroll- und Entwicklungsmethoden sowie bei den Berechnungsstandards ist es heute mehr denn je möglich, Spritzbeton als dauerhafte Innenschale zu etablieren
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Fazit

In jüngster Zeit gewinnt die Verwendung von permanenten stahlfaserverstärkten Spritzbetonschalen als endgültige Auskleidung immer mehr an Bedeutung, da sie den konstruktiven und ökologischen Entwicklungen Rechnung trägt.

Dank der Weiterentwicklung von Geräten wie Spritzrobotern und der Qualität von Kontroll- und Entwurfsverfahren sowie Berechnungsstandards ist es heute mehr denn je möglich, Spritzbeton als permanente Innenschale zu verwenden. Durch ein Überdenken der Tunneldesigns ist es möglich, die Dicke des Betons und des Ausbruchsquerschnitts zu verringern, was wiederum Zeit und Geld spart. Der eingesparte Platz kann auch für spätere Instandsetzungsarbeiten genutzt werden. Durch die Verringerung der Betondicke und den Ersatz von Bewehrungsstäben durch metallfaserverstärkten Beton können Bauwerke geschaffen werden, die nachhaltiger sind und den ökologischen Fußabdruck verringern.

Eine wichtige Herausforderung ist dabei die Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von faserverstärktem Spritzbeton durch einen Dreipunkt-Biegeversuch an einer Prüfplatte nach prEN 14 488-3.

Faserbeton beeinflusst das Zugverhalten von rissigem Material und verleiht dem fragilen Werkstoff Duktilität. Die hervorragenden Eigenschaften von faserverstärktem Beton, die Rissbildung zu überwinden, sowie seine verbesserte Dauerhaftigkeit im Vergleich zu Stahlbeton sind der Grund, warum Bekaert die Entwicklung dieses Materials fortsetzt, und erklären auch seinen wirtschaftlichen Erfolg. Die Hochleistungsfaser 4D, die für permanente Spritzbetonauskleidungen entwickelt wurde, bietet neue Möglichkeiten für den Planer. Die EPD-Zertifizierung liefert von einer unabhängigen Stelle zertifizierte Umweltdaten.

Stahl ist nach wie vor das am häufigsten recycelte Material, und das Forschungs- und Entwicklungsteam von Bekaert untersucht in Zusammenarbeit mit Universitäten weiterhin die Recyclingmöglichkeiten. Umgeschmolzener oder wiederverwendeter Stahl könnte direkt als Stahlfasern zur Verstärkung von Tunneln und Minen eingesetzt werden. Stahlfaserverstärkter Beton bietet eine mikroplastikfreie und umweltfreundliche Lösung, wie sie von den staatlichen Stellen bei Spritzbetonanwendungen für Unterwassertunnel zunehmend gefordert wird.

Die Ökobilanz (LCA) ist eine Reihe von standardisierten Daten. Sie quantifiziert die Auswirkungen eines Materials auf die Umwelt während seiner gesamten Lebensdauer, von der Gewinnung der für seine Herstellung erforderlichen Rohstoffe bis zu seinem Lebensende. Dieser Ansatz in Verbindung mit der Forschungsarbeit für eine kohlenstoffarme Lösung wird dem faserverstärkten Beton neuen Anschub geben.

References/Literatur
[1]  “Precast tunnel segments in fibre reinforced concrete”, fib bulletin 83, October 2017
[2] ITA Report 24 – “Permanent Sprayed Concrete Linings”, October 2020
[3] Waterproof sprayed concrete with improved sustainability performance E. S. Moe, Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, Norway; K. G. Holter, Norwegian Geotechnical Institute, Oslo, Norway; H. Strømsvik,SINTEF, Trondheim, Norway,  ITA-AITES World Tunnel Congress 2023, Athens, Greece
[4] EN 14487-1 Sprayed concrete: Testing and performance criteria
[5] “Design & construction of Mumbai Metro Line 3 Sahar Road crossover cavern using permanent sprayed concrete linings”,  A. Bedi, S. K. Gupta, S. Trivedi, A. Pengelly, ITA-AITES World Tunnel Congress 2022, Copenhagen, Denmark

Emissionsarme Tunnelauskleidungen

Bekaert bietet ein breites Portfolio an Lösungen für die Faserbetonbewehrung an, unabhängig davon, ob das Projekt temporäre/permanente Spritzbetonauskleidungen, Ortbetonauskleidungen oder vorgefertigte Tübbingauskleidungen erfordert. Dramix-Stahlfasern werden in zahlreichen Tunneln und Bergwerken auf der ganzen Welt eingesetzt und sind maßgeblicher Bestandteil für eine dauerhafte und klimaschonende Tunnelauskleidung.

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